Главная    Почта    Новости    Каталог    Одноклассники    Погода    Работа    Игры     Рефераты     Карты
  
по Казнету new!
по каталогу
в рефератах

Биотехнология

бирование его активности водородом (продуктом реакции) и кислородом.
Повышение стабильности гидрогеназы может быть достигнуто ее иммобилизацией
(Чан Динь Тоай, 1984; Y. Nosaka et. al., 1986). Иммобилизация предотвращает
ингибирование гидрогеназы кислородом.
Предложено много вариантов модельных систем, катализирующих образование
водорода из воды за счет энергии света. Эти системы различаются механизмом
улавливания энергии света и содержат хлоропласты или изолированный из них
хлорофилл, а также восстановленные никотинамидные нуклеотиды. Некоторые
системы наряду с водородом образуют кислород: в этом случае речь идет о
биофотолизе воды.
Примером может служить система хлоропласт — ферредоксин — гидрогеназа.
Ферредоксин служит промежуточным переносчиком электронов от
фотосинтетической цепи хлоропластов к добавленной гидрогеназе. Серьезной
проблемой является поддержание низкого парциального давления этих газов, с
тем чтобы не наступило ингибирование гидрогеназы. При замене ферредоксина
на флавопротеид или метилвиологен система образует только Н2. Флавопротеид
и, по некоторым данным, метилвиологен защищают гидрогеназу от ингибирования
кислородом. Разрабатываются системы с изолированным хлорофиллом, встроенным
в детергент ные мицеллы или липосомы вместе с гидрогеназой. Предложена
также система с гидрогеназой, иммобилизованной в агарозном геле, с которым
прочно связан полимерный виологен и металлопорфирин, аналог хлорофилла.
Водород получают также с применением целых клеток микроорганизмов,
стабильность которых возрастает при их иммобилизации. Высокоэффективными
продуцентами Н2 являются пурпурные фототрофные бактерии, например
Rhodopseudomonas sp., которые при иммобилизации в агарозном геле дают до
180 мкмоль Н2 за 1 ч в пересчете на 1 мг бактериохлорофилла (М. Tadashi, A.
Akira, 1983). Важное направление работ — поиск продуцентов Н2 с устойчивой
к О2 гидрогеназой.
Другим ферментом, катализирующим выделение водорода, является нитрогеназа.
У всех микроорганизмов нитрогеназа состоит из двух, компонентов, а именно
из MoFeS-протеида (молибдоферредоксина) и FeS-протеида (азоферредоксина).
Основной функцией нитрогеназы является восстановление молекулярного азота:
N2 + 8H+ + 8е- + nАТФ -> 2NH3 + Н2 + nАДФ + nфосфорная кислота
В отсутствие основного субстрата (N2) нитрогеназа катализирует
энергозависимое

восстановление Н+ с образованием Н2. Переключение фермента с одного режима
работы на другой является технологической проблемой. Один из путей решения
— получение штаммов микроорганизмов с нитрогеназой, не утилизирующей азот.
В Японии получен штамм Anabaena sp., который осуществляет биофотолиз воды в
режиме, не чувствительном к Н2, О2 и N2. Повышению эффективности
биофотолиза воды способствует чередование периодов функционирования
биообъекта как продуцента Н2 и О2 с периодами «отдыха», когда клетки
фотоассими-лируют СО2 (вводимый на этот период в среду культивирования).
Возможно комбинирование процессов получения Н2 и других ценных продуктов. В
частности, представители рода Clostridium дают органические растворители и
в то же время обладают активной гидрогеназой. Если в реакторе с культурой
Cl. saccharo-perbutylacetoniocum не создавать оттока для выделяющегося Н2,
то наблюдается ингибирование образования Н2 и эффективный синтез бутанола,
ацетона и этанола. Если водороду обеспечивают свободный отток, то наряду с
довольно активным образованием Н2 культура синтезирует лишь этанол. Этот
пример иллюстрирует возможность управления ходом биотехнологического
процесса условиями культивирования биообъекта.
Таким образом, предложены разнообразные проекты систем для получения
водорода с использованием биообъектов. Речь идет о вмешательстве человека в
процесс биоконверсии энергии с целью добиться ее возможно более полного
превращения в энергию химической связи в молекуле Н2.

           Пути повышения эффективности фотосинтетических систем.

Рассчитанная теоретически эффективность фотосинтеза, т. е. коэффициент
превращения световой энергии в химическую энергию органических веществ,
близка к 15%. Фактически, однако, наиболее продуктивные культурные растения
запасают не более 1,5—2% энергии падающего света. Актуальная проблема
технологической биоэнергетики — повышение эффективности фотосинтеза у
культурных растений.
Разрабатывают следующие основные подходы к решению этой проблемы: 1)
повышение коэффициента превращения солнечной энергии до 4—5% за счет
увеличения площади листьев и их раннего формирования; 2) вмешательство в
системы регуляции фотосинтеза — сбалансированное использование
фитогормонов, трансплантация регуляторных генов; 3) увеличение скорости
роста растений за счет оптимизации водного и минерального питания, что
приведет к повышению их фотосинтетической активности; 4) увеличение числа
хлоропластов в клетке на единицу площади листа; 5) установление
оптимального соотношения между функционирующими реакционными центрами
хлорофилла и промежуточными переносчиками электронов, например,
цитохромами; 6) увеличение скорости переноса электронов между фотосистемами
I и II и эффективности сопряжения между транспортом электронов и синтезом
АТФ.
Радикальным способом максимизации эффективности фотосинтеза было бы
создание искусственных фотосистем, имитирующих основные блоки
фотосинтетического аппарата живых организмов, но внедрение подобных
преобразователей энергии, по-видимому, отделено от нас несколькими
десятилетиями.

                           Биотопливные элементы.

На уровне поисковых разработок находятся биотоплйвные элементы,
превращающие химическую энергию субстрата в электрическую. Примерами могут
служить топливные элементы на основе окисления метанола в муравьиную
кислоту с участием алкогольдегидрогеназы, муравьиной кислоты в CU2 с
участием формиатдегидрогеназы, глюкозы в глюконовую кислоту с участием
глюкозооксидазы. Используют также катали -тическую активность целых клеток,
например Е. coli, Вас. subtilis, Ps. aeruginosa, в реакции окисления
глюкозы.
Окисление субстрата происходит на электроде (аноде). Посредником между
субстратом и анодом является биокатализатор. Существуют два пути дальнейшей
передачи электронов на


электрод: 1) с участием медиатора и 2) непосредственный транспорт
электронов на электрод (А. И. Ярополов, И. В. Березин, 1985). Конструкция
биотопливного элемента позволяет генерировать не только электрический ток,
но и осуществлять важные химические превращения. Например, топливный
элемент с глюкозооксида-зой и p-D-фруктофуранидазой переводит сахарозу в
смесь фруктозы и глюконовой кислоты.
Ферментные электроды применяются не только в топливных элементах. Они
представляют собой основной компонент биологических датчиков — биосенсоров,
широко применяемых в химиче-
ской промышленности, медицине, при контроле за биотехнологическими
процессами, в аналитических целях и т. д. Обычно используют системы с
биокатализатором, иммобилизованным на поверхности мембранного электрода.
Например, иммобилизацией пенициллиназы на обычном рН-электроде получают
чувствительный биосенсор, регистрирующий концентрацию пенициллина.
Иммобилизация клеток Е. coli на кислородном электроде дает биосенсор для
измерения концентрации глутаминовой кислоты, а иммобилизация клеток Nitro-
somonas sp. и Nitrobacter sp. на том же электроде — биосенсор на NH4+. На
биосенсоре протекают следующие превращения: NH4+Nitrosomonas NO2
Nitrobacter NO3 Разработаны биосенсоры для быстрой регистрации концентрации
глюкозы в крови больного, что особенно важно при диагностике диабета.

                         3. Биотехнология и медицина

Нет такого экспериментального подхода или исследовательского направления в
биотехнологии, которые бы не получили применения в медицине. Вот почему
столь многообразны связи между биотехнологией и самой гуманной из всех
наук. Здесь мы остановимся лишь на основных моментах.

                                Антибиотики.

Антибиотики — это специфические продукты жизнедеятельности, обладающие
высокой физиологической активностью по отношению к определенным группам
микроорганизмов и к злокачественным опухолям, избирательно задерживающих их
рост или полностью подавляющих развитие (Н. С. Егоров, 1979). Далеко не все
из этих соединений, число которых приближается к 5000, допущены для
применения в медицине. К важнейшим антибиотикам терапевтического назначения
принадлежат следующие их классы (табл. 2).
Приведенные классы антибиотиков не исчерпывают их многообразия, список их
пополняется с каждым годом. Причины неослабевающего внимания к поиску новых
антибиотиков, как видно из табл. 10, связаны с токсичностью существующих
антибиотиков, аллергическими реакциями, вызываемыми ими, нарастанием
устойчивости патогенных микроорганизмов к применяемым препаратам и, помимо
этого, с необходимостью изыскания средств борьбы с возбудителями, против
которых недостаточно эффективны известные ныне антибиотики. Основные пути
поиска включают:
1. Испытание новых продуцентов. Так, с начала 80-х годов исследуют
  миксобактерии, продуцирующие большое количество антимикробных агентов (Н.
  Thierbach, N. Reichenbach, 1981).
2. Химическая модификация антибиотиков. Противомикроб-ные макролиды
  токсичны для человека. Например, гептаен амфо-терицин В, используемый по
  жизненным показаниям при тяжелых микозах, вызывает необратимые поражения
  почек. Получены метиловые эфиры амфотерицина, менее токсичные и
  сохраняющие противогрибковую активность. При модификации пенициллинов и
  цефалоспоринов используют иммобилизованные ферменты.



Таблица    2.    Важнейшие классы антибиотиков терапевтического назначения
(по И  Г..  Егорову,  1979; Д.Ланчини, Ф   Паренти,  1985)
|Класс      |Типичные    |Продуценты  |На  кого     |Механизм    |Трудности    |
|           |антибиотики |            |действует    |действии    |терапевтическ|
|           |   
12345След.
скачать работу

Биотехнология

 

Отправка СМС бесплатно

На правах рекламы


ZERO.kz
 
Модератор сайта RESURS.KZ